[发明专利]一种具有人体足弓三维曲率特征的刚度梯度变化假肢脚板

说明书

一种具有人体足弓三维曲率特征的刚度梯度变化假肢脚板属人工假肢制造技术领域，本发明由前掌碳纤曲板、后跟碳纤曲板、连接组件组成，结合人脚纵向足弓和横向足弓三维曲率特征设计假肢脚板三维曲面形状，提供了一种刚度梯度分布的假肢脚板。与横向平直的碳纤脚板相比，一方面在提高假肢脚板整体刚度的同时降低假肢脚板重量，实现更好的支撑推进作用和更加轻便舒适的使用体验；另一方面假肢脚板后部刚度大、前部刚度小、内侧分趾刚度大、外侧分趾刚度小的刚度梯度变化，能动态地满足不同路面情况和不同行走阶段对假肢脚板不同部位刚度的不同需求，实现假肢脚板对运动的响应更加智能和及时可靠。

技术领域

本发明属于人工假肢制造技术领域，具体涉及一种结合人体脚板横向足弓曲率特征的刚度梯度变化假肢脚板。

背景技术

随着疾病、老龄化、交通事故等现代化社会问题的迅猛增加，导致截肢患者数量日益增加。安装假肢是弥补因缺损的肢体而带来的功能缺失的有效工程学方法，因而残疾人假肢设备和生活辅助设备的研发受到世界各国的重视。近年来碳纤维增强复合材料以其更加轻便、美观的优点在假肢领域得到了广泛的应用。目前，碳纤维假肢脚板基本是横向平直，且以人体脚板纵向足弓特征为参考来制作，碳纤维主要分布方向为脚板长度方向，如此保证了假肢脚板长度方向上的强度，却使得假肢脚板横向强度欠弱，市场上普遍采用增厚碳纤板来解决强度问题，但这增大了假肢脚板的重量和成本，降低了假肢的使用效果、舒适度。研究表明人体脚板的横向足弓对于保证脚板的整体刚度有着至关重要的作用，是保证人正常行走的关键。故有必要提供一种结合人脚纵向足弓和横向足弓特征的新型假肢脚板，一方面能很好的起到承重和支撑推进作用，保证假肢脚板承重部位强度合理和刚度分布合理；另一方面能够尽可能的轻便，提高假肢的使用效果和舒适度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有假肢脚板的不足，提供一种结合人脚纵向足弓和横向足弓三维曲率特征的刚度梯度变化的假肢脚板，通过将人脚纵向足弓和横向足弓三维曲率特征结合进假肢碳纤脚板设计中，改变以往横向平直的碳纤脚板设计，一方面实现在提高假肢脚板整体刚度的同时降低假肢脚板重量，另一方面假肢脚板横向不同位置的曲率不同使得脚板刚度分布梯度变化，动态地满足不同路面情况和不同行走阶段对假肢脚板不同部位刚度的不同需求。

本发明由前掌碳纤曲板A、后跟碳纤曲板B、连接组件C、螺栓组Ⅰ1、螺栓组Ⅱ2和螺栓组Ⅲ3组成，其中连接组件C的方锥接头6、连接组件C的上连接基座7、前掌碳纤曲板A的后部、后跟碳纤曲板B的上部和连接组件C的下抵板8自上而下顺序排列；连接组件C中方锥接头6的方台6b置于上连接基座7的方形浅沉槽7d中，并经螺栓组Ⅰ1固接；连接组件C中上连接基座7的左圆弧侧翼7b的左孔Ⅲ7c、前掌碳纤曲板A的左孔Ⅰ4a、后跟碳纤曲板B的左孔Ⅱ5a和连接组件C中下抵板8的左孔Ⅳ8a经螺栓组Ⅲ3固接；连接组件C中上连接基座7的右圆弧侧翼7f的右孔Ⅲ7g、前掌碳纤曲板A的右孔Ⅰ4b、后跟碳纤曲板B的右孔Ⅱ5b和连接组件C中下抵板8的右孔Ⅳ8b经螺栓组Ⅱ2固接；

前掌碳纤曲板A的前掌纵向曲线G和后跟碳纤曲板B的后跟纵向曲线H二者整体构成一个纵向弓形I。

所述的前掌碳纤曲板A由后圆弧部分4c、中部曲面部分4d、左前趾4e、右前趾4f和前掌纵向曲线G组成，其中后圆弧部分4c后部设有左孔Ⅰ4a和右孔Ⅰ4b；前掌碳纤曲板A的横曲面形状由曲板后部的横截面曲线ⅠD、曲板中部的横截面曲线ⅡE和曲板前部的横截面曲线ⅢF确定，其中

横截面曲线ⅠD为一段圆弧曲线，其圆弧半径r₁为30-35毫米，圆心角θ₁为50°-60°；

横截面曲线ⅡE的数学表达式为：y＝-0.00009x³+0.015x²+0.02x+31.5；

横截面曲线ⅢF的数学表达式为：y＝-0.000055x³+0.006x²+0.05x+14.5。